A computational study on the design of donor-acceptor copolymers for organic photovoltaic materials
Organik fotovoltaik materyaller için alıcı-verici kopolimerlerin dizaynına yönelik hesapsal çalışma
- Tez No: 474299
- Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE İLKNUR DOĞAN, PROF. DR. VİKTORYA AVİYENTE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Organic solar cells are one kind of renewable energy. In this study, 50 different donor-acceptor oligomers, which were used for photovoltaic materials, were investigated by using 5 different acceptors, which are cyclopentadiphenyl (CPDP), benzodithiophene isomer 1 (BDT1), benzodithiophene isomer 2 (BDT2), cyclopentadithiophene (CPTz), dithienopyridine (DTPn), and 5 different donors, which are benzo[c][1,2,5]thiadiazole (BT), benzo[c][1,2,5]oxadiazole (BX), hydrogentriazole (HTAZ), benzo[c][1,2,5]selenadiazole (BSe), quinoxaline (Qx). Density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) at the B3LYP/6-311G* level have been employed for the calculations. The number of donors increased from 5 to10 by using the heteroatom substitution on the donors. Thus, the effect of heteroatom substitution on optical and geometrical properties of molecules was investigated. Benchmark studies on the methodology were performed to determine HOMO, LUMO energies and optical band gaps of the oligomers. Transition dipole moments, HOMO, LUMO energies and band gaps were calculated as a function of the chain length so, tetramers were found as suitable materials to ensure the energy saturation. Tetramers, which were the optimal chain length, have been used to evaluate the optical and geometrical properties like reorganization energies, distortion energies, frontier molecular orbitals, bond length alternations and excited-state vertical transition energies of oligomers. In conclusion, suitable photovoltaic materials were designed from a class of oligomers by taking 4 important factors into consideration. The choice of oligomers was based on the following criteria: low reorganization energy, LUMO energy higher than -3.8 eV, HOMO energy range between -5.27 eV and -5.7 eV and the optical band gap between 1.4 eV to 1.9 eV. Overall,16 out of 50 tetramers were found as suitable materials which can be used in solar cells.
Özet (Çeviri)
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri de güneş panelleridir. Bu çalışmada yoğunluk fonksiyonel teori (DFT) ve B3LYP/6-311G* seviyesindeki zamana bağımlı DFT (TD-DFT) ile 5 farklı alıcı; siklopentadifenil (CPDP), benzoditiyofen izomer 1 (BDT1), benzoditiyofen izomer 2 (BDT2), siklopentaditiyofen (CPTz), ditienopiridin (DTPn) ve 5 farklı verici; benzo[c][1,2,5]tiadiazol (BT), benzo[c][1,2,5]oksadiazol (BX), hidrojentriazol (HTAZ), benzo[c][1,2,5]selenadiazol (BSe), kinoksalin (Qx) kullanılarak fotovoltaik materyaller için kullanılan 50 farklı verici-alıcı oligomer araştırılmıştır. Heteroatom yer değiştirmesi kullanılarak verici sayısı 5 ten 10 a çıkarılmıştır. Böylece moleküle ait geometrik ve optik özellikler üzerindeki heteroatom yer değiştirme etkisi incelenmiştir. Oligomerlerin optik bant aralıkları ve HOMO, LUMO enerjilerini belirlemek için metodoloji üzerine yapılan kıyaslama çalışmaları kullanılmıştır. Geçiş dipol momenleri, HOMO, LUMO enerjileri ve bant aralıkları zincir uzunluğuna bağlı bir fonsiyon olarak hesaplanmıştır, bu şekilde tetramerler enerji doygunluğunu sağlamak açısından en uygun materyaller olarak bulunmuşlardır. En uygun zincir uzunluğuna sahip tetramerler, oligomerlere ait reorganizasyon enerjileri, bozulma enerjileri, hudut orbitalleri, bağ uzunluğu değişimleri ve dikey uyarma enerjileri gibi optik ve geometrik özellikleri değerlendirmek için kullanılmışlardır. Sonuç olarak, 4 önemli etken dikate alınarak bir sınıf oligomer arasından uygun fotovoltaik materyal seçilmiştir. Bu etkenler düşük reorganizasyon enerjisine, -3.8 eV tan yüksek bir LUMO enerjisine, -5.27 eV ile -5.7 eV aralığında bir HOMO enerjisine ve 1.4 eV ile 1.9 eV aralığında bir bant boşluğuna sahip olmaktır. Bu şekilde, güneş panellerinde kullanılan 50 tetramer arasından 16 tanesi uygun malzeme olarak bulunmuştur
Benzer Tezler
- Design, synthesis, and characterization of functional organic materials for optoelectronic applications
Optoelektronik uygulamalar için fonksiyonel organik malzemelerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu
MEHMET ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2018
KimyaAbdullah Gül ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN USTA
- Synthesis of new mesogens and investigation of their liquid crystalline properties
Yeni mezojenlerin sentezi ve sıvı kristal özelliklerinin incelenmesi
BURAK KORKMAZ
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
- Development of N-heterocyclic carbene catalysts for atom transfer radical polymerization
Atom transfer radikal polimerizasyonu için N-heterosiklik tabanlı katalizör geliştirilmesi
MUSTAFA SEMİH YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT HÜSEYİN ÜNLÜ
- Organik tabanlı güneş hücrelerinde kullanılabilecek ftalosiyaninlerin hesapsal olarak araştırılması, tasarımı ve sentezi
Design, computational screening and synthesis of novel phthalocyanines as organic based solar cell materials
MERAL ARI
- Computational investigation of organocatalysts for nerve agent hydrolysis
Sinir ajanı hidrolizi için organokatalizörlerin hesaplamalı incelenmesi
SELİN ORMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Kimya MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAN ÇELEBİ ÖLÇÜM
